TWI404850B - Self - drilling monitor and high - pressure jet mixing method - Google Patents

Description

自鑽孔監測器及高壓噴射攪拌工法

本發明係關於高壓噴射攪拌工法(jet grouting工法)及本工法所使用之自鑽孔監測器，主要是關於在鑽孔時可避免從固化材液噴射噴嘴放出無用的鑽孔水，而能提昇鑽孔效率並減少鑽孔水的損失。

關於利用高壓噴射攪拌之地盤改良工法，例如第3圖所圖示，從注入管桿1的前端噴射鑽孔水並切削地盤，當鑽孔進行到計畫深度之後，從注入管桿1的前端噴射固化材液，且將注入管桿1以繞其軸旋轉的狀態逐漸往上拉，藉此在注入管桿1的周圍形成由切削土和固化材液所構成之柱狀的地盤改良體A，此方法是已知的。

在此情況，在注入管桿1的前端部連接著自鑽孔監測器2，當進行鑽孔時，其會噴射鑽孔水而將地盤鑽孔，又當進行地盤改良時，其會將固化材液以高壓噴射至地盤中而形成地盤改良體A。

自鑽孔監測器2，例如第4圖所圖示，在監測器主體的下端部設有掘削鑽頭3和鑽孔水噴射噴嘴4，在側部設有固化材液噴射噴嘴5和壓縮空氣噴射噴嘴6；又在監測器主體內置有：用來壓送鑽孔水和固化材液之液體壓送流路7以及用來壓送壓縮空氣之壓縮空氣壓送流路8，液體壓送流路7是兼作為鑽孔水壓送流路和固化材液壓送流路雙方。

而且，在進行鑽孔時，是在液體壓送流路7內壓送鑽孔水，從鑽孔水噴射噴嘴4以高壓噴射鑽孔水而將監測器主體下方的地盤施以切削，藉此能將注入管桿1插入至計畫深度。

另一方面，在進行地盤改良時，是將止水球9投入液體壓送流路7內以將鑽孔水噴射噴嘴4從內側塞住後，將在液體壓送流路7內壓送固化材液，並從固化材液噴射噴嘴5將固化材液以高壓噴射至地盤中，同時將自鑽孔監測器2以和注入管桿1一起以繞軸旋轉的狀態逐漸往上拉，藉此可在注入管桿1的周圍形成由固化材液和切削土所構成之柱狀的地盤改良體A。

在此情況，藉由固化材液的噴射噴流將地盤施以切削，被切削的土石和固化材液經由混合攪拌而形成地盤改良體A。此外，從壓縮空氣噴射噴嘴6讓壓縮空氣沿著所噴射出之固化材液的周圍噴射，藉此可抑制固化材液的噴射能量因地下水而減弱。

[專利文獻1]日本特開2008-95442號公報

然而，內置於監測器主體之液體壓送流路，是兼作為鑽孔水流路和固化材液流路雙方的流路，又鑽孔水噴射噴嘴並未被塞住，因此，在一邊藉由自鑽孔監測器進行鑽孔一邊將注入管桿插入到計畫深度的期間，藉由液體壓送流路壓送的鑽孔水也會從固化材液噴射噴嘴5放出。

因此，當對象地盤為較硬質的地盤的情況，鑽孔水的壓力變高，結果從固化材液噴射噴嘴會逸出多量的鑽孔水，不僅使鑽孔陷入困難，且會使鑽孔水的損失變大。

此外，在連接注入管桿時、或從鑽孔水切換成固化材液時，由於液體壓送流路暫時成為減壓狀態，起因於地下水的靜水壓會使地中的地盤砂進入固化材液噴射噴嘴內，而使固化材液噴射噴嘴有發生堵塞之虞。

此外，關於可防止固化材液噴射噴嘴發生堵塞之自鑽孔監測器，在固化材液噴射噴嘴的前端部設置覆蓋噴嘴前端部之封止部，在進行地盤改良時藉由固化材液的噴射壓力來解除封止，這種構造的自鑽孔監測器已被揭示出(專利文獻1)。

然而，專利文獻1所記載的自鑽孔監測器的情況，由於封止部安裝在固化材液噴射噴嘴的外側，由於在鑽孔中和周圍的地盤發生摩擦，有容易脫離之虞。

本發明是為了解決以上的課題而開發完成的，其目的是為了提供一種自鑽孔監測器及高壓噴射攪拌工法，在進行鑽孔時可避免從固化材液噴射噴嘴放出無用的鑽孔水，可提昇鑽孔效率並減少鑽孔水的損失。

申請專利範圍第1項記載的自鑽孔監測器，是在下端部具備鑽孔水噴射噴嘴，在側部具備固化材液噴射噴嘴，且內置液體流路之自鑽孔監測器，該液體流路係兼作為壓送鑽孔水至前述鑽孔水噴射噴嘴之液體流路和壓送固化材液至前述固化材液噴射噴嘴之液體流路；其特徵在於：在前述固化材液噴射噴嘴內具備監測器用塞子，該塞子是形成：在鑽孔時可塞住固化材液噴射噴嘴，在地盤改良時會被固化材液的噴射壓力推出噴嘴外。

依據本發明，在鑽孔時及從鑽孔水切換成固化材液時，固化材液噴射噴嘴會被監測器用塞子塞住，藉此可防止在鑽孔時從固化材液噴射噴嘴放出無用的鑽孔水；此外，在鑽孔完成而從鑽孔水切換成固化材液時，可防止地下水壓造成土等進入固化材液噴射噴嘴內，因此可提昇鑽孔效率，而具有可高效率地進行地盤改良等之效果。

通常，鑽孔時鑽孔水的送水壓力為2MPa左右，又地盤改良時固化材液的噴射壓力為10~40MPa左右，因此可將自鑽孔監測器用塞子的材質、硬度、大小、形狀等設定成：在2MPa左右的送水壓力程度下，不致被推出噴嘴外而能維持在固化材液噴射噴嘴內，又在10~40MPa左右的固化材液的噴射壓力下會被推出噴嘴外。

申請專利範圍第2項記載的自鑽孔監測器，是在申請專利範圍第1項記載的自鑽孔監測器中，監測器用塞子，是對應於固化材液噴射噴嘴之內周面的形狀(內周面形成朝前端方向逐漸變小徑之圓錐狀)，而具備朝前端方向逐漸形成小徑之圓錐狀部。

依據本發明，監測器用塞子之圓錐狀部的外周面是形成朝固化材液噴射噴嘴的前端方向逐漸變小徑之錐面，如此鑽孔時鑽孔水的送水壓力不容易將監測器用塞子推出固化材液噴射噴嘴外，而能防止從固化材液噴射噴嘴放出無用的鑽孔水。

此外，由於圓錐狀部之內側端面的截面積比外側(前端側)端面更大，對於監測器用塞子從噴嘴內側往外的作用力量比從噴嘴的外側往內的作用力更大。

因此，即使在從鑽孔水切換成固化材液時等讓噴嘴內暫時成為減壓狀態，仍不致將監測器用塞子往噴嘴內側推入，可避免土等進入噴嘴內而發生噴嘴的堵塞。

申請專利範圍第3項記載的自鑽孔監測器，是在申請專利範圍第1或2項記載的自鑽孔監測器中，監測器用塞子是由彈性材料所形成。作為這種情況之自鑽孔監測器用塞子的材質，基於取得及加工容易且硬度可自由調整等的理由，例如橡膠和塑膠等是更適合的。

申請專利範圍第4項記載的高壓噴射攪拌工法，是使用自鑽孔監測器來形成地盤改良體之高壓噴射攪拌工法；該自鑽孔監測器，是在下端部具備鑽孔水噴射噴嘴，在側部具備固化材液噴射噴嘴，且內置液體流路之自鑽孔監測器，該液體流路係兼作為壓送鑽孔水至前述鑽孔水噴射噴嘴之液體流路和壓送固化材液至前述固化材液噴射噴嘴之液體流路；其特徵在於，係具備以下步驟：使用申請專利範圍第1至3項中任一項記載的自鑽孔監測器，在該自鑽孔監測器之固化材液噴射噴嘴內安裝監測器用塞子以塞住固化材液噴射噴嘴的步驟；在前述液體流路壓送鑽孔水，從鑽孔水噴射噴嘴噴射鑽孔水而將地盤鑽孔的步驟；在前述液體流路壓送固化材液，藉由從前述固化材液噴射噴嘴所噴射之固化材液的噴射壓力將監測器用塞子推出固化材液噴射噴嘴外的步驟；以及從固化材液噴射噴嘴朝地盤中噴射固化材液並將自鑽孔監測器逐漸往上拉的步驟。

本發明，在鑽孔時及從鑽孔水切換成固化材液時等，固化材液噴射噴嘴是被監測器用塞子所塞住，藉此在鑽孔時可抑制從固化材液噴射噴嘴放出無用的鑽孔水，此外在鑽孔完成而從鑽孔水切換成固化材液時，可防止地下水壓造成土等進入固化材液噴射噴嘴內，因此可提昇鑽孔效率，而具有可高效率且經濟地進行地盤改良等的效果。

第1(a)(b)圖係顯示連接於注入管桿的前端部之自鑽孔監測器的前端部分，第2(a)(b)圖係顯示安裝於自鑽孔監測器之固化材液噴射噴嘴和監測器用塞子。

圖中，在監測器主體的下端部設有掘削鑽頭3和鑽孔水噴射噴嘴4，在側部設有固化材液噴射噴嘴5和壓縮空氣噴射噴嘴6。

再者，在監測器主體內置有：壓送鑽孔水和固化材液之液體壓送流路7、以及壓送壓縮空氣之空氣壓送流路8；液體壓送流路7連接於鑽孔水噴射噴嘴4和固化材液噴射噴嘴5，是兼作為壓送鑽孔水的流路和壓送固化材液的流路雙方。空氣壓送流路8連接於壓縮空氣噴射噴嘴6。

固化材液噴射噴嘴5和壓縮空氣噴射噴嘴6是設置成同心圓狀，在內側設置固化材液噴射噴嘴5，在其外周設置壓縮空氣噴射噴嘴6。

再者，固化材液噴射噴嘴5，是沿著監測器主體的直徑方向形成既定的長度，其前端開口於監測器主體的側面。此外，固化材液噴射噴嘴5的內徑，在前端部分5a是遍及一定長度形成最細的一定內徑，在基端部分5b是遍及一定長度形成比前端部分5a粗之一定內徑，且在前端部分5a和基端部分5b間的中間部分5c是形成從前端部分5a側往基端部分5b側方向逐漸變粗。

而且，在如此般形成的固化材液噴射噴嘴5內，安裝監測器用塞子10。監測器用塞子10係具備：其截面形狀分別與固化材液噴射噴嘴5的前端部分5a及中間部分5c的內部形狀對應之柱狀部10a及圓錐狀部10b。

柱狀部10a，是形成可插入固化材液噴射噴嘴5的前端部分5a之圓柱狀，圓錐狀部10b，則是形成可插入固化材液噴射噴嘴5的中間部分5c之圓錐狀，而且任一部分都是形成：在插入固化材液噴射噴嘴5的前端部分5a和中間部分5c時，可完全密合於固化材液噴射噴嘴5的前端部分5a和中間部分5c之內周面。

再者，柱狀部10a及圓錐狀部10b，是使用橡膠或塑膠等的彈性材料以一體的方式形成。

在此構造下，要將注入管桿1插入至既定深度時，是在液體壓送流路7內壓送鑽孔水，並從鑽孔水噴射噴嘴4朝地盤中以高壓噴射鑽孔水，藉此切削地盤而能使注入管桿1插入至既定深度。

這時，特別是藉由監測器用塞子10將固化材液噴射噴嘴5完全塞住，因此不會由固化材液噴射噴嘴5放出無用的鑽孔水，能夠極高效率地進行鑽孔，而且不致放出無用的鑽孔水。

在此情況，藉由在液體壓送流路7內壓送的鑽孔水，雖會有2MPa左右的送水壓作用於監測器用塞子10的內側，但由於監測器用塞子10之圓錐狀部10b的外周面是形成朝固化材液噴射噴嘴5的前端方向逐漸變小徑之錐面，因此監測器用塞子10不容易被鑽孔水的送水壓推出固化材液噴射噴嘴5外。

此外，來自外部之地下水造成的靜水壓P1雖會向內作用於監測器用塞子10，由於圓錐狀部10b之內側端面的面積S1比柱狀部10a之外側端面的面積S2更大，相較於從噴嘴5外側作用於監測器用塞子10之向內的力，從噴嘴5內側作用於監測器用塞子10之向外的力更大。

因此，即使在從鑽孔水切換成固化材液時等讓噴嘴5內暫時成為減壓狀態，仍不致將監測器用塞子10往噴嘴5內側推入，可避免土等進入噴嘴5內而發生噴嘴5之堵塞。

在此情況，也能使監測器用塞子10之柱狀部10a的外徑形成比固化材液噴射噴嘴5之前端部分5a的內徑稍大，或是適當地改變柱狀部10a的直徑以適當地適整柱狀部10a的外周面和固化材液噴射噴嘴5的前端部分5a的內周面之摩擦力，藉此來調整反抗向內的壓力P1之阻力。

另一方面，在朝地盤中噴射固化材液而進行地盤改良時，是在液體壓送流路7內投入止水球9來塞住鑽孔水噴射噴嘴4之後，在液體壓送流路7內是取代鑽孔水而壓送固化材液，從固化材液噴射噴嘴5以高壓噴射固化材液，並將安裝於固化材液噴射噴嘴5內之監測器用塞子10利用固化材液的噴射壓力往外推出，藉此能將固化材液噴射至地盤中而進行地盤改良。

在此情況，藉由在液體壓送流路7內壓送之固化材液，會有10~40MPa之非常大的噴射壓力作用於監測器用塞子10，監測器用塞子10會發生收縮變形而被推出固化材液噴射噴嘴5外。

此外，藉由改變圓錐狀部10b的長度L1並適當地適整圓錐狀部10b之內側端面的面積S1，可調整被固化材液的噴射壓力往外推出時之監測器用塞子10的阻力。

接著說明：使用本發明之安裝有監測器用塞子的自鑽孔監測器，進行高壓噴射攪拌工法的施工順序。

(1)首先，在固化材液噴射噴嘴5內安裝監測器用塞子10。在此情況，固化材液噴射噴嘴5通常是以螺合方式拆裝自如地安裝於監測器主體，因此可將固化材液噴射噴嘴5從監測器主體卸下後，從其後方將監測器用塞子10插入噴嘴5內，藉此來進行安裝。

(2)接著，將安裝有監測器用塞子10之自鑽孔監測器2連接於注入管桿1的前端部。然後，在自鑽孔監測器2內的液體壓送流路7內，從地下經由注入管桿1壓送鑽孔水，同時將自鑽孔監測器2以和注入管桿1一起旋轉的狀態推入地盤中以進行鑽孔。

此外，壓縮空氣噴射噴嘴6，為了防止在鑽孔中土等進入而發生堵塞，較佳為先用封口件或蓋子等(能藉由從噴嘴6噴射出的壓縮空氣除去)塞住。

此外，將這種封口件或蓋子附加在監測器用塞子10上，藉由固化材液的噴射壓力來和監測器用塞子一起除去亦可。

(3)若鑽孔進行至計畫深度的話，朝自鑽孔監測器2內的液體壓送流路7內投入止水球9而將鑽孔水噴射噴嘴4塞住。

(4)接著，在自鑽孔監測器2內的液體壓送流路7，從地上經由注入管桿1壓送固化材液，藉由固化材液的噴射壓力將固化材液噴射噴嘴5內的監測器用塞子10推出噴嘴5外而使噴嘴5打開。

(5)接著，在自鑽孔監測器2內的液體壓送流路7內壓送固化材液並在壓縮空氣流路8內壓送壓縮空氣，藉此從固化材液噴射噴嘴5以高壓噴射固化材液，並從壓縮空氣噴射噴嘴6以高壓噴射壓縮空氣。

而且，同時將自鑽孔監測器2以和注入管桿1一起繞軸旋轉的狀態逐漸往上拉，藉由在注入管桿1的周圍形成由切削土和固化材液所構成的地盤改良體A。

本發明所提供之自鑽孔監測器及高壓噴射攪拌工法，在鑽孔時可防止從固化材液噴射噴嘴放出無用的鑽孔水，能提昇鑽孔效率而減少鑽孔水的損失。

1．．．注入管桿

2．．．自鑽孔監測器

3．．．掘削鑽頭

4．．．鑽孔水噴射噴嘴

5．．．固化材液噴射噴嘴

6．．．壓縮空氣噴射噴嘴

7．．．液體壓送流路

8．．．壓縮空氣壓送流路

9．．．止水球

10．．．監測器用塞子

10a．．．柱狀部

10b．．．圓錐狀部

A．．．地盤改良體

第1圖係顯示自鑽孔監測器的前端部分；第1(a)圖係顯示安裝有監測器用塞子而噴射鑽孔水的狀態之縱截面圖；第1(b)圖係顯示將監測器用塞子往外推出而噴射固化材液的狀態之縱截面圖。

第2圖係顯示固化材液噴射噴嘴；第2(a)圖係顯示安裝有監測器用塞子的狀態之縱截面圖，第2(b)圖係顯示安裝監測器用塞子前的狀態之縱截面圖。

第3(a)~(d)圖係使用自鑽孔監測器之高壓噴射攪拌工法的施工順序。

第4圖係顯示自鑽孔監測器的前端部分；第4(a)圖係顯示噴射鑽孔水的狀態之縱截面圖，第4(b)圖係顯示噴射固化材液的狀態之縱截面圖。

3．．．掘削鑽頭

4．．．鑽孔水噴射噴嘴

5．．．固化材液噴射噴嘴

6．．．壓縮空氣噴射噴嘴

7．．．液體壓送流路

8．．．壓縮空氣壓送流路

9．．．止水球

10．．．監測器用塞子

Claims (4)

1. 一種自鑽孔監測器，是在下端部具備鑽孔水噴射噴嘴，在側部具備固化材液噴射噴嘴，且內置液體流路之自鑽孔監測器，該液體流路係兼作為壓送鑽孔水至前述鑽孔水噴射噴嘴之液體流路和壓送固化材液至前述固化材液噴射噴嘴之液體流路；其特徵在於：在前述固化材液噴射噴嘴內具備監測器用塞子，該塞子是形成：在鑽孔時可塞住固化材液噴射噴嘴，在地盤改良時會被固化材液的噴射壓力推出噴嘴外；該監測器用塞子，是對應於內周面形成為朝前端方向逐漸變小徑的圓錐狀之固化材液噴射噴嘴之內周面的形狀，而具備朝前端方向逐漸形成小徑之圓錐狀部。
2. 如申請專利範圍第1項記載的自鑽孔監測器，其中，監測器用塞子是由彈性材料所形成。
3. 一種高壓噴射攪拌工法，是使用自鑽孔監測器來形成地盤改良體之高壓噴射攪拌工法；該自鑽孔監測器，是在下端部具備鑽孔水噴射噴嘴，在側部具備固化材液噴射噴嘴，且內置液體流路之自鑽孔監測器，該液體流路係兼作為壓送鑽孔水至前述鑽孔水噴射噴嘴之液體流路和壓送固化材液至前述固化材液噴射噴嘴之液體流路；其特徵在於，係具備以下步驟：使用自鑽孔監測器，在該自鑽孔監測器之固化材液噴射噴嘴內安裝監測器用塞子以塞住固化材液噴射噴嘴的步 驟，該自鑽孔監測器是在前述固化材液噴射噴嘴內具備監測器用塞子，該塞子是形成：在鑽孔時可塞住固化材液噴射噴嘴，在地盤改良時會被固化材液的噴射壓力推出噴嘴外，該監測器用塞子，是對應於內周面形成為朝前端方向逐漸變小徑的圓錐狀之固化材液噴射噴嘴之內周面的形狀，而具備朝前端方向逐漸形成小徑之圓錐狀部；在前述液體流路壓送鑽孔水，從鑽孔水噴射噴嘴噴射鑽孔水而將地盤鑽孔的步驟；在前述液體流路壓送固化材液，藉由從前述固化材液噴射噴嘴所噴射之固化材液的噴射壓力將監測器用塞子推出固化材液噴射噴嘴外的步驟；以及從固化材液噴射噴嘴朝地盤中噴射固化材液並將自鑽孔監測器逐漸往上拉的步驟。
4. 如申請專利範圍第3項記載的高壓噴射攪拌工法，其中，監測器用塞子是由彈性材料所形成。